金属双极板表面稀土改性TiC涂层的制备及其腐蚀研究

金属双极板由于在强度、抗气体渗透性、以及加工成薄板以提高电池比功率等方面比石墨双极板更具优势，是理想的双极板材料，但其耐蚀性差，腐蚀产物会毒化质子交换膜，且表面钝化膜会增加接触电阻，从而降低电池的性能。通过施加耐蚀、导电涂层可以有效解决这一问题。因此本课题在现有国内外研究基础上，首次尝试采用高能微弧合金化方法在双极板表面制备耐蚀、导电、稀土改性的TiC涂层，并通过同步辐射等分析技术深入探讨稀土对涂层微观结构作用机制，分析稀土元素和制备工艺对涂层微观组织演变规律的影响，掌握精确控制涂层微观结构的方法和稀土掺杂技术，从而确定制备性能优异的TiC涂层的最佳工艺路线；同时研究涂层微观缺陷腐蚀发展过程，结合电化学阻抗技术，以探索涂层在电池工作环境中的腐蚀行为，建立涂层失效的演变机制，深化对TiC涂层失效过程的微观认识，为双极板表面制备耐蚀、导电涂层技术打下应用理论基础。

课题采用高能微弧合金化方法制备了不同系列稀土La和Y改性的TiC涂层，研究了稀土对涂层显微组织结构和在模拟PEMFC环境中的退化行为的影响机制。研究发现通过适量稀土改性可净化涂层微观组织结构，改善涂层与基体的结合状态，降低涂层表面裂纹的产生，有益于获得更加致密的涂层。稀土改性导致涂层腐蚀电位增大，金属双极板材料在PEMFC环境中的极化电阻增大，耐蚀性提高。研究中深入揭示了涂层显微组织与其导电、耐蚀性之间的关系，并通过电化学阻抗技术进一步揭示了涂层在浸泡过程中动力学过程特性，此研究工作基础为进一步制备导电耐蚀涂层提供了新技术思想，在此研究基础上探索性运用该技术成功制备了应用于金属连接体表面的CoMn 尖晶石与LaCoO3的复合导电涂层。在执行本研究项目三年中，已经发表研究论文7篇，其中SCI论文2篇、EI一篇，中文核心刊物5篇（详见附录），获得授权发明专利1项，申请相关发明专利6项。通过该研究课题，改进并制造出性能更优越的高能微弧合金化设备，为后续采用该设备制备耐蚀导电涂层奠定了技术研究基础。